Tas, kas izklausās pēc tramplīna komēdijas šiksas, patiesībā ir pamatīga zinātne. Tā kā tik liela daļa no cilvēces kosmosa tālās nākotnes ir saistīta ar dzīvotnēm, citām struktūrām un pastāvīgu klātbūtni uz Mēness un Marsa, betona sajaukšana kosmosā ir nopietns bizness. NASA ir izstrādāta MICS (cementa sacietēšanas mikrogravitācijas izpēte) programma, kurā tiek pētīts, kā mēs varētu veidot biotopus vai citas struktūras mikrogravitācijas apstākļos.
Betons ir visplašāk izmantotais materiāls uz Zemes, neskaitot ūdeni. To plaši izmanto nekā koku. Tas ir bijis arī ilgu laiku.
Papildus izolācijas kvalitātei betons var arī nodrošināt aizsardzību pret radiāciju, un tā konstrukcijas izturība nodrošina aizsardzību no meteorīta ietekmes. Lai arī tā nav vienīgā būvkonstrukciju iespēja, tai, iespējams, būs sava loma. Tas varētu kļūt par svarīgu materiālu, jo jāpārvadā tikai pats cements, nevis agregāts vai ūdens.
Kā daļa no MICS un saistītā pētījuma ar nosaukumu MVP Cell-05, NASA un Pensilvānijas štata universitāte sadarbojās ar ISS astronautiem, lai sajauktu betonu. Betona īpašības uz Zemes ir labi saprotamas, bet mikrogravitācija rada vēl vienu apstākļu kopumu. Rezultāti tiek publicēti žurnālā Frontiers in Materials, un to nosaukums ir “Mikrogravitācijas ietekme uz trīskalcija silikāta (C3S) Ielīmēt. ”
"Mūsu eksperimenti ir vērsti uz cementa pastu, kas satur betonu kopā."
Aleksandra Radlinska, MICS galvenā izmeklētāja.
Pats betons ir maisījums, kas sastāv no agregāta, kas sastāv no smiltīm, grants un akmeņiem, ko tur kopā ar cementu, un tas ir divu veidu: portlandcements vai ģeopolimēra cements. Apvienojiet to ar ūdeni pareizajās proporcijās, sajauciet un noformējiet, un, kad tas sacietē vai sacietē, tas ir ārkārtīgi spēcīgs līdzeklis. Tāpēc joprojām pastāv dažas senās celtnes, piemēram, romiešu akvedukti, kas daļēji izgatavoti no betona.
Neskatoties uz to, cik tas ir visuresoši mūsdienu pasaulē, joprojām ir daudz zinātnieku, kuri nezina par tā darbību. Bet viņi zina, ka, sacietējot, tas veido kristālus, kas savstarpēji savienojas ar smiltīm un granti, piešķirot betonam savu spēku. Zinātnieki vēlējās uzzināt vairāk par to, kā tas notiek mikrogravitācijas apstākļos.
“Mūsu eksperimenti ir vērsti uz cementa pastu, kas satur betonu kopā. Mēs vēlamies uzzināt, kas aug betona bāzes betonā, ja nav tādu gravitācijas izraisītu parādību kā sedimentācija, ”sacīja Aleksandra Radlinska, MICS un MVP Cell-05 galvenā izmeklētāja.
Runājot par mikrogravitāciju, Radlinska sacīja: "Tas varētu mainīt kristāliskās mikrostruktūras sadalījumu un galu galā arī materiāla īpašības."
"Tas, ko mēs atrodam, varētu izraisīt uzlabojumus betonā gan kosmosā, gan uz Zemes," piebilda Rudlinska. "Tā kā cementu plaši izmanto visā pasaulē, pat nelielam uzlabojumam varētu būt milzīga ietekme."
Ūdens, agregāta un betona attiecības, kas vajadzīgas, lai iegūtu betonu ar īpašām īpašībām, šeit uz Zemes ir labi saprotamas. Bet kā ir uz Mēness? Tam ir tikai viena sestā Zemes gravitācija. Vai arī Marss, kuram ir nedaudz vairāk par vienu trešdaļu no Zemes gravitācijas. Eksperimenti tika izstrādāti, lai atklātu šo jautājumu.
MICS eksperimentā astronautiem bija vairākas paciņas ar cementa pulveri, kuriem viņi pievienoja ūdeni. Tad viņi dažās paciņās dažādos laikos pievienoja spirtu, lai apturētu hidratāciju.
Otrajā eksperimentā, MVP Cell-05, astronauti arī pievienoja ūdeni cementa paciņām, bet viņi izmantoja ISS centrifūgu, lai modelētu dažādus gravitācijas spēkus, ieskaitot Marsa un Mēness gravitācijas. Abu eksperimentu paraugi tika atgriezti Zemei, lai tos analizētu.
MVP Cell-05 galvenais pētnieks ir Ričards Grugels. Viņš teica: "Mēs jau redzam un dokumentējam negaidītus rezultātus."
Eksperimenti parādīja, ka mikrogravitācijas apstākļos sajauktajam betonam ir palielināta mikroporainība. Mikrogravitācijas paraugos bija gaisa burbuļi, kuru nav Zemes gravitācijas paraugos. Tas ir peldspējas dēļ. Uz Zemes gaisa burbuļi celsies augšpusē, un patiesībā betons pirms sacietēšanas dažreiz tiek mehāniski vibrēts, lai palīdzētu izvadīt gaisa burbuļus, kas var vājināt betonu.
Gan MICS, gan MVP Cell-05 paraugi parādīja lielāku kristalizāciju nekā zemes paraugi. Par 20% lielāka mikroporainība mikrogravitācijas paraugos ļāva vairāk vietas kristalizācijai un lielākiem kristāliem, kuriem vajadzētu radīt lielāku stiprību. Bet lielāka mikroporainība mikrogravitācijas paraugos rada arī mazāk blīvu betonu, kas varētu nozīmēt vājāku betonu. Mikropora izmērs mikrogravitācijas paraugos arī bija par vienu pakāpi lielāks nekā zemes paraugi.
Mikrogravitācijas betonam bija mazāka sedimentācija, kas nozīmē, ka sīkas minerālmateriāla daļiņas sacietēšanas laikā nenokļūst līdz apakšai, bet vienmērīgāk izkliedējas pa betonu. Tas nozīmē, ka betons ir vienveidīgāks, kas varētu ietekmēt stiprību.
Šis ir sākotnējs mikrogravitācijas betona pētījums. Ļoti mazajiem paraugiem izturības testi netika veikti, tāpēc jebkādi secinājumi par stiprību ir pāragri. Bet tas tomēr norāda uz dažām ļoti atšķirīgām īpašībām starp 1G betonu un mikrogravitācijas betonu, kuras, bez šaubām, tiks izpētītas nākotnē.
“Paaugstinātai porainībai ir tieša ietekme uz materiāla stiprību, taču mums vēl nav jāizmēra no kosmosa izveidotā materiāla stiprība,” sacīja Radlinska intervijā “designboom”.
Vairāk:
- Pētījums: Mikrogravitācijas ietekme uz trīskalcija silikāta (C3S) Ielīmēt
- NASA Sciencecast: Mūsu vietas nostiprināšana kosmosā
- Pētījums: C hidratācijas produkti3A, C3S un portlandcements CaCO klātbūtnē3
- designboom: NASA astronauti pēta to, kas notiek ar betonu, kad tas ir sajaukts telpā
- Portlandcementa asociācija: Cements un betons
- Nacionālā kosmosa biedrība: Betons: potenciālais materiāls kosmosa stacijai
